JP5260145B2 - Ｘ線ｃｔ装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体をＸ線ＣＴ(Computed Tomography)撮影するＸ線ＣＴ装置、およびそのためのプログラム(program)に関する。

医師が診断や治療計画を行う際に用いる情報として、被検体の血流情報が知られているが、Ｘ線ＣＴ装置では、被検体をＸ線ＣＴ撮影して得られた時系列の３次元画像をモニタ(monitor)に表示することで、その血流情報を提供することができる。

例えば、被検体への造影剤の注入を開始してから終了するまでの間に、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、被検体の撮影領域を連続的にまたは所定の時間間隔で撮影し、その撮影領域に対応する時系列の３次元ＣＴ値モデル(model)を生成する。３次元ＣＴ値モデルとは、各ボクセル(voxel)がＣＴ値を有する３次元ボリュームデータ(volume data)、あるいはそのデータが表す３次元画像を意味する。そして、これら時系列の３次元ＣＴ値モデルを、ボリュームレンダリング(volume rendering)等で時系列的に切り換えて動画的に表示したり、一画面に同時に並べて表示したりする（例えば、特許文献１，図１９参照）。このように表示された３次元ＣＴ値モデルからは、血管内部を表す画像のＣＴ値の時間変化を読み取ることができ、造影剤で表現される血流の向きやおおよその速さを知ることができる。
特開２００７−３１９３９７号公報

一方、診断や治療計画を行う際には、Ｘ線ＣＴ装置によって得られる被検体の２次元の断層画像が広く利用されている。

しかしながら、２次元の断層画像では、血流は白黒の輝度で表現されるだけで、そこから血流の向きや速さを知ることは困難である。

本発明は、上記事情に鑑み、２次元の断層画像上で、その断層画像における血流領域の血流情報を視覚的に認識することができるＸ線ＣＴ装置、およびそのためのプログラムを提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、造影剤が注入されている被検体をＸ線ＣＴ撮影して、時間軸方向において所定の時刻近傍に並ぶ複数の第１の断層画像であって、それぞれが前記被検体の所定の断層面を表す複数の第１の断層画像と、前記所定の時刻における空間軸方向において前記所定の断層面近傍に並ぶ複数の断層画像とを得る撮影手段と、前記複数の第１の断層画像と、前記複数の第２の断層画像とに基づいて、前記所定の断層面を表す断層画像における血流領域の血流の向きを特定する血流向き特定手段と、前記血流領域が前記特定された血流の向きに応じた色で示されるよう、前記所定の断層面を表す断層画像を表示する表示手段とを備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点では、本発明は、前記血流向き特定手段が、前記時間軸方向および前記空間軸方向における前記血流領域に対応する画像の画素値の変化に基づいて、前記血流の向きを特定する上記第１の観点または第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第３の観点では、本発明は、前記血流向き特定手段が、前記複数の第１の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記時間軸方向に対する前記所定の時刻での代表画素値の増減の向きを求めるとともに、前記複数の第２の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記空間軸方向に対する前記所定の断層面での代表画素値の増減の向きを求め、前記所定の時刻での代表画素値の増減の向きと、前記所定の断層面での代表画素値の増減の向きとに基づいて、前記血流の向きを特定する上記第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点では、本発明は、前記複数の第１の断層画像および前記複数の第２の断層画像の少なくとも一方に基づいて、前記血流領域の血流の速さを特定する血流速さ特定手段をさらに備え、前記表示手段が、前記血流領域の前記色が、前記特定された血流の速さに応じた濃さで示されるよう、前記所定の断層面を表す断層画像を表示する上記第１の観点から第３の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第５の観点では、本発明は、前記血流速さ特定手段が、前記複数の第１の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記時間軸方向における代表画素値の最大変化率を求め、該最大変化率に応じた速さを前記血流の速さとして特定する上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記血流速さ特定手段が、前記複数の第２の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記空間軸方向における代表画素値の最大変化率を求め、該最大変化率に応じた速さを前記血流の速さとして特定する上記第４の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点では、本発明は、前記複数の第１の断層画像の各画像領域に対して複数の区分領域を共通に設定し、前記区分領域毎に、前記時間軸方向における該区分領域に対応する画像の代表画素値の最大変化幅を求め、前記複数の区分領域のうち前記最大変化幅が所定の閾値以上である区分領域を、前記血流領域として設定する血流領域設定手段をさらに備える上記第１の観点から第６の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点では、本発明は、前記区分領域が、単一画素または４近傍画素に相当する領域である上記第７の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第９の観点では、本発明は、前記代表画素値が、平均画素値である上記第３の観点および第５の観点から第８の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点では、本発明は、コンピュータ(computer)を、時間軸方向において所定の時刻近傍に並ぶ複数の断層画像であって、それぞれが、造影剤が注入されている被検体の所定の断層面を表す複数の断層画像と、前記所定の時刻における空間軸方向において前記所定の断層面近傍に並ぶ複数の断層画像とに基づいて、前記所定の断層面を表す断層画像における血流領域の血流の向きを特定する血流向き特定手段と、前記血流領域が、前記特定された血流の向きに応じた色で示されるよう、前記所定の断層面を表す断層画像を表示すべく制御を行う表示制御手段として機能させるためのプログラムを提供する。

なお、空間軸方向に並ぶ複数の断層画像は、所定の断層面に平行な断層画像であり、当該所定の断層面そのものを表す断層画像を含んでもよい。

また、時間軸方向に並ぶ複数の断層画像は、いわゆる時系列の断層画像を意味し、空間軸方向に並ぶ複数の断層画像は、いわゆる空間系列の断層画像を意味する。

また、画素値としては、例えば、ＣＴ値を考えることができる。

本発明によれば、時系列の断層画像と空間系列の断層画像とに基づいて、所定の断層面を表す断層画像における血流領域の血流の向きを特定し、その血流領域が、特定された血流の向きに応じた色で示されるよう、その所定の断層面を表す断層画像を表示するので、２次元の断層画像上で、その断層画像における血流領域に対応する血流情報を視覚的に認識することができる。これにより、例えば、医師等の操作者は、表示された２次元の断層画像を見ることで、被検体の構造や組織に関する情報と血流情報とを直感的に関連付けて得ることができ、診断や治療計画等に対する効率の改善が期待できる。

以下、図を参照しながら本発明にかかる実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるＸ線ＣＴ装置１００の要部を示すブロック(block)図である。Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール(console)１と、撮影テーブル(table)８と、走査ガントリ(gantry)９とを具備している。

操作コンソール１は、操作者の指示や情報などを受け付ける入力装置２と、スキャン(scan)制御処理や画像再構成処理、血流情報取得処理などを実行する中央処理装置３と、制御信号などを撮影テーブル８や走査ガントリ９へ出力する制御インタフェース(interface)４と、走査ガントリ９で取得したデータを収集するデータ収集バッファ(buffer)５と、断層画像などを表示するモニタ６とを具備している。

撮影テーブル８は、被検体を乗せて体軸方向（以下、ｚ方向という）に移動させる。

走査ガントリ９は、Ｘ線コントローラ(controller)１０と、Ｘ線管１１と、コリメータ(collimator)１２と、Ｘ線検出器１３と、データ収集部１４と、被検体の体軸の回りにＸ線管１１などを回転させる回転コントローラ１５とを具備している。

なお、中央処理装置３は、本発明における血流向き特定手段、血流速さ特定手段、血流領域設定手段の一例である。また、中央処理装置３およびモニタ６は、本発明における表示手段の一例である。また、中央処理装置３および走査ガントリ９は、本発明における撮影手段の一例である。

図２は、Ｘ線ＣＴ装置１００における血流情報付き断層画像表示処理を示すフローチャート(flowchart)である。

ステップ(step)Ｔ１では、３次元ＣＴ値モデル取得処理を実行し、被検体の撮影領域における時系列の３次元ＣＴ値モデルを取得する。この３次元ＣＴ値モデル取得処理については、図３を参照して後述する。

ステップＴ２では、断層面指定処理を実行し、上記の３次元ＣＴ値モデルが表す３次元空間上で任意の断層面を指定する。この断層面指定処理については、図４を参照して後述する。

ステップＴ３では、血流領域設定処理を実行し、上記の指定した断層面における血流領域を設定する。この血流領域設定処理については、図５を参照して後述する。

ステップＴ４では、血流情報取得処理を実行し、上記の設定された血流領域に対応する血流の向きおよび速さを特定する。血流情報取得処理については、図６を参照して後述する。

ステップＴ５では、断層画像表示処理を実行し、血流領域がその血流の向きおよび速さに応じた色および濃度で示されるよう、上記の指定した断層面を表す断層画像を表示する。断層画像表示処理については、図７を参照して後述する。

図３は、３次元ＣＴ値モデル取得処理（Ｔ１）の一例の詳細を示すフローチャートである。

ステップＴ１１では、被検体への造影剤の注入を開始する。

ステップＴ１２では、被検体への造影剤の注入を開始してから終了するまでの期間において、図８に示すように、被検体Ｈの撮影領域をカバー(cover)するように隣接する複数の断層面Ｓ１〜Ｓｎについて、連続的にあるいは所定の時間間隔で撮影を行う。例えば、シネスキャン(cine scan)、アキシャルシャトルスキャン(axial shuttle
scan)、ヘリカルシャトルスキャン(helical shuttle scan)等を行う。これにより、各時刻ｔ１〜ｔ１０における各断層面での２次元の断層画像Ｐ１（ｔ１）〜Ｐｎ（ｔ１），・・・，Ｐ１（ｔ１０）〜Ｐｎ（ｔ１０）を生成する。

ステップＴ１３では、図９に示すように、時刻ｔ１〜ｔ１０の各時刻で、断層画像Ｐ１〜Ｐｎをｚ方向に積層して、上記撮影領域を表す時系列の３次元ＣＴ値モデルＭ（ｔ１）〜Ｍ（ｔ１０）を取得する。これらの３次元ＣＴ値モデルは、各ボクセルにＣＴ値を持っている。

図４は、断層面指定処理（Ｔ２）の一例の詳細を示すフローチャートである。

ステップＴ２１では、図１０に示すように、３次元ＣＴ値モデルＭ（ｔ１）〜Ｍ（ｔ１０）のうちいずれかの３次元ＣＴ値モデルＭ（ta）を、ボリュームレンダリング等によりモニタ６に表示する。表示する３次元ＣＴ値モデルＭ（ta）は、プリセット(preset)しておいてもよいし、操作者が指定してもよい。

ステップＴ２２では、図１０に示すように、操作者が入力装置２を用いて、モニタ６に表示させたい所望の断層面Ｓ′ａを指定する。指定する断層面は、ｚ方向に垂直な面を持つ断層面に限定されず、いかなる面を持つ断層面であってもよい。

図５は、血流領域設定処理（Ｔ３）の一例の詳細を示すフローチャートである。

ステップＴ３１では、図１１に示すように、指定された断層面Ｓ′ａの他、この断層面に平行な複数の断層面Ｓ′ａ−１，Ｓ′ａ＋１を設定する（なお、断層面Ｓ′ａ−１〜Ｓ′ａ＋１に垂直な方向を、以下Ｇ方向ともいう）。これら複数の断層面は、空間的に互いに隣接するものが好適であるが、空間的に飛び飛びのものであってもよい。なお、設定する断層面の数は、上記の例に限定されない。

ステップＴ３２では、時系列の３次元ＣＴ値モデルＭ（ｔ１）〜Ｍ（ｔ１０）を基に、図１２に示すような、複数の断層面Ｓ′ａ−１〜Ｓ′ａ＋１の各々について時系列の断層画像を生成し、断層画像Ｐ′ａ−１（ｔ１）〜Ｐ′ａ−１（ｔ１０），・・・Ｐ′ａ＋１（ｔ１）〜Ｐ′ａ＋１（ｔ１０）を得る。

ステップＴ３３では、図１３に示すように、断層画像Ｐ′ａ−１（ｔ１）〜Ｐ′ａ−１（ｔ１０），・・・Ｐ′ａ＋１（ｔ１）〜Ｐ′ａ＋１（ｔ１０）の各々に対して、画像全体に対応する画像領域を縦横に区分して、複数の区分領域を共通に設定する。１つの区分領域の大きさは、空間分解能とノイズ(noise)抑制効果とのバランス(balance)を見て決める。例えば、断層画像のサイズが５１２×５１２画素であれば、１つの区分領域は、２×２画素の４近傍画素に相当する領域、あるいは単一画素に相当する領域が好適である。ここでは、断層画像のサイズを５１２×５１２画素とし、１つの区分領域を、２×２画素の４近傍画素に相当する領域とする。すなわち、各断層画像に対して、２５６×２５６の区分領域を共通に設定する。なお、図１３では、簡単のため、区分領域の数を少なくして示してある。

図１４は、断層画像に設定された区分領域の詳細の一例を示す図である。図１４では、断層画像Ｐ′ａ（ｔ１）に設定された区分領域Ｒ（１，１）〜Ｒ（２５６，２５６）を概略的に示すとともに、そのうち一部の領域Ｒｐを拡大して示している。領域Ｒｐは、区分領域Ｒ（１９３，１４５）とＲ（２０８，１６０）とを対角とする正方形領域である。

図１５は、断層画像Ｐ′ａ−１（ｔ１）〜Ｐ′ａ−１（ｔ１０），・・・Ｐ′ａ＋１（ｔ１）〜Ｐ′ａ＋１（ｔ１０）の各々における、領域Ｒｐに対応する部分画像Ｐｐ′ａ−１（ｔ１）〜Ｐｐ′ａ−１（ｔ１０），・・・Ｐｐ′ａ＋１（ｔ１）〜Ｐｐ′ａ＋１（ｔ１０）を、時間軸方向と空間軸方向に並べて示した図である。図１５に示すように、区分領域の中には、区分領域Ｒ（２０４，１５０）のように、時間軸方向と空間軸方向の両方において画素値が変化する領域や、区分領域Ｒ（１９７，１５４）にように、時間軸方向においてのみ画素値が変化する領域、そして、区分領域Ｒ（２０１，１５６）のように、時間軸方向と空間軸方向のいずれにおいても画素値がほとんど変化しない領域とが存在する。

なお、これ以降、処理の具体的内容を説明する際には、特にこれらの区分領域Ｒ（２０４，１５０）、Ｒ（１９７，１５４）、Ｒ（２０１，１５６）に注目して説明することにする。

ステップＴ３４では、断層面Ｓ′ａを表す時系列の断層画像Ｐ′ａ（ｔ１）〜Ｐ′ａ（ｔ１０）において、設定した区分領域毎に、その区分領域の画像が有する代表ＣＴ値を求める。代表ＣＴ値としては、例えば、１つの区分領域の画像を構成する個々の画素が持つＣＴ値について平均を取って得られる平均ＣＴ値を用いる。また例えば、１つの区分領域の画像を構成する個々の画素が持つＣＴ値を何らかの要素で重み付けし、平均を取って得られる重み付け平均ＣＴ値などを用いる。なお、１つの区分領域を単一画素に相当する領域とするときは、その単一画素が持つＣＴ値そのものを代表ＣＴ値としてもよいが、その単一画素を中心とするｎ×ｎ画素（ｎ＝３，５，７等）について平均または重み付け平均を取って、これを代表ＣＴ値としてもよい。後者の方が、ノイズをより抑制しつつ、空間的な精度を維持するのに効果的であることが期待される。

ステップＴ３５では、この区分領域毎に、代表ＣＴ値の時間軸方向の変化を表すグラフ(graph)を生成する。例えば、１つの区分領域について、横軸を時刻、縦軸を代表ＣＴ値として、断層画像Ｐ′ａ（ｔ１）〜Ｐ′ａ（ｔ１０）における同じ区分領域の画像が有する代表ＣＴ値をプロット(plot)し、スムージング(smoothing)処理をして、代表ＣＴ値の時間変化曲線Ｑを生成する。これを区分領域毎に行う。

図１６は、代表ＣＴ値の時間変化曲線Ｑの一例を示す図である。この図では、区分領域Ｒ（２０４，１５０）、Ｒ（１９７，１５４）、Ｒ（２０１，１５６）における代表ＣＴ値の時間変化曲線Ｑ（２０４，１５０）、Ｑ（１９７，１５４）、Ｑ（２０１，１５６）を示している。

ステップＴ３６では、区分領域毎に、代表ＣＴ値の時間変化曲線ＱにおけるＣＴ値の最大変化幅ΔＣＴを求め、最大変化幅ΔＣＴが所定の閾値ＣＴｔｈ以上である区分領域を、血流区分領域として設定する。図１６の例では、区分領域Ｒ（２０４，１５０）、Ｒ（１９７，１５４）が血流区分領域として設定される。なお、ここでは、血流区分領域は、断層画像において血流を表す画像の少なくとも一部を含む領域であり、断層画像の平面方向に連続して広がる一かたまりの領域に限定されない。

図６は、血流情報取得処理（Ｔ４）の一例の詳細を示すフローチャートである。

ステップＴ４１では、血流区分領域として設定された区分領域のうちの１つを注目区分領域Ｒｚとして設定する。この注目区分領域Ｒｚは、当該ステップを実行する度に更新して順次切り換える。なお、ここでは、注目区分領域Ｒｚとして、区分領域Ｒ（２０４，１５０）と区分領域Ｒ（１９７，１５４）とが設定された場合について説明する。

ステップＴ４２では、注目区分領域Ｒｚにおける代表ＣＴ値の時間変化曲線Ｑを基に、時間が経過する向きに対して、代表ＣＴ値が増加している時間領域（以下、ＣＴ値増加時間領域という）Ｔｒと、代表ＣＴ値が減少している時間領域（以下、ＣＴ値減少時間領域という）Ｔｆとを求める。例えば、ＣＴ値増加時間領域ＴｒおよびＣＴ値減少時間領域Ｔｆは、時間変化曲線Ｑに対する各時刻での接線の傾き等を用いて特定する。具体例としては、当該接線の傾きを表す係数が正であり（時間が経過する向きに対して接線が上側に延びる状態であり）、水平な直線と当該接線とで成す角度αが所定の閾値以上であるときに、その時刻は「ＣＴ値増加時間領域Ｔｒ」に含まれると特定し、当該接線の傾きを表す係数が負であり（時間が経過する向きに対して接線が下側に延びる状態であり）、角度αが所定の閾値以上であるときに、その時刻は「ＣＴ値減少時間領域Ｔｆ」に含まれると特定する。

区分領域Ｒ（２０４，１５０）については、図１７に示すように、ＣＴ値増加時間領域Ｔｒ（２０４，１５０）は、時刻ｔ２〜ｔ３を含む時間領域であり、ＣＴ値減少時間領域Ｔｆ（２０４，１５０）は、時刻ｔ４〜ｔ６を含む時間領域である。つまり、区分領域Ｒ（２０４，１５０）の場合、時間軸方向（ここでは、時間が経過する向き）に対する代表ＣＴ値の増減の向きを表すＣＴ値時間変化方向Ｗは、時刻ｔ２〜ｔ３では「増加方向」であり、時刻ｔ４〜ｔ６では「減少方向」であり、時刻ｔ１，ｔ７〜ｔ１０では「維持方向」であると特定できる。

また、区分領域Ｒ（１９７，１５４）については、図１８に示すように、ＣＴ値増加時間領域Ｔｒ（１９７，１５４）は、時刻ｔ３〜ｔ５を含む時間領域であり、ＣＴ値減少時間領域Ｔｆ（１９７，１５４）は、時刻ｔ６〜ｔ９を含む時間領域である。つまり、区分領域Ｒ（１９７，１５４）の場合、ＣＴ値時間変化方向Ｗは、時刻ｔ３〜ｔ５では「増加方向」であり、時刻ｔ６〜ｔ９では「減少方向」であり、時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ１０では「維持方向」であると特定できる。

ＣＴ値増加時間領域Ｔｒは、ＣＴ値が時間の経過とともに増加する時間領域であるから、注目区分領域Ｒｚに対応する被検体の血管部分において、被検体に注入された造影剤が到来し、その濃度が上昇し始めてからピーク(peak)に至るまでの時間領域と考えることができる。また、ＣＴ値減少時間領域Ｔｆは、ＣＴ値が時間の経過とともに減少する時間領域であるから、同血管部分において、被検体に注入された造影剤が概ね通過し、その濃度が下降し始めてから略零に至るまでの時間領域と考えることができる。

ステップＴ４３では、時刻ｔ１〜ｔ１０の中で、ＣＴ値増加時間領域ＴｒおよびＣＴ値減少時間領域Ｔｆに含まれる時刻を１つ選択する。このとき、代表ＣＴ値の時間変化曲線Ｑにおける接線の傾きが最も急峻である時刻を選択する。例えば、区分領域Ｒ（２０４，１５０）の場合では、ＣＴ値増加時間領域Ｔｒ（２０４，１５０）に含まれる時刻ｔ３を選択する。また、区分領域Ｒ（１９７，１５４）の場合では、ＣＴ値増加時間領域Ｔｒ（１９７，１５４）に含まれる時刻ｔ４を選択する。

ステップＴ４４では、前ステップで選択した時刻ｔｚに対応し、かつ断層面Ｓ′ａおよび断層面Ｓ′ａに平行な複数の断層面Ｓ′ａ−１〜Ｓ′ａ＋１に対応する空間系列の断層画像を基に、注目区分領域Ｒｚについて、代表ＣＴ値の空間軸方向の変化を表すグラフを生成する。例えば、横軸を各断層面に垂直な方向での位置、縦軸を代表ＣＴ値として、断層画像Ｐ′ａ−１（ｔｚ）〜Ｐ′ａ＋１（ｔｚ）の各々における注目区分領域Ｒｚの画像が有する代表ＣＴ値をプロットし、スムージング処理をして、代表ＣＴ値の空間変化曲線Ｙを生成する。区分領域Ｒ（２０４，１５０）の場合では、断層画像Ｐ′ａ−１（ｔ３）〜Ｐ′ａ＋１（ｔ３）における区分領域Ｒ（２０４，１５０）の画像が有する代表ＣＴ値から空間変化曲線Ｙ（２０４，１５０）を生成する。区分領域Ｒ（１９７，１５４）の場合では、断層画像Ｐ′ａ−１（ｔ４）〜Ｐ′ａ＋１（ｔ４）における区分領域Ｒ（１９７，１５４）の画像が有する代表ＣＴ値から空間変化曲線Ｙ（１９７，１５４）を生成する。図１９、図２０は、代表ＣＴ値の空間変化曲線Ｙの一例を示す図であり、図１９は、区分領域Ｒ（２０４，１５０）における代表ＣＴ値の空間変化曲線Ｙ（２０４，１５０）、図２０は、区分領域Ｒ（１９７，１５４）における代表ＣＴ値の空間変化曲線Ｙ（１９７，１５４）をそれぞれ示している。

ステップＴ４５では、空間変化曲線Ｙにおける代表ＣＴ値の増減状態が安定であるか否かを判定し、この増減状態が安定でないと判定されたときには、ステップＴ４３に戻って、時刻ｔｚを選択し直す。この判定は、例えば、空間変化曲線Ｙにおける断層面Ｓ′ａに対応する位置での接線の傾きと、その近傍位置での接線の傾きとの差分が所定レベル(level)以上であるときに、この増減状態は安定でないと判定する。

ステップＴ４６では、注目区分領域Ｒｚにおける代表ＣＴ値の時間変化曲線Ｑを基に、時間軸方向（時間の経過する向きを正の向きとする）に対する時刻ｔｚでの代表ＣＴ値の増減の向きを表す時間変化方向Ｗを特定する。また、注目区分領域Ｒｚにおける代表ＣＴ値の空間変化曲線Ｙを基に、空間軸方向すなわちＧ方向（断層面Ｓ′ａ−１から断層面Ｓ′ａ＋１への向きを正の向きとする）に対する断層面Ｓ′ａでの代表ＣＴ値の増減の向きを表すＣＴ値空間変化方向Ｕを特定する。ＣＴ値空間変化方向Ｕは、例えば、空間変化曲線Ｙにおける断層面Ｓ′ａに対応する位置での接線の傾き等を用いて、「増加方向」、「減少方向」、および「維持方向」のいずれかで特定する。具体例としては、当該接線の傾きを表す係数が正であり、水平な直線と当該接線とで成す角度βが所定の閾値βｔｈ以上であるときに、「増加方向」であると特定し、当該接線の傾きを表す係数が負であり、角度βが所定の閾値以上であるときに、「減少方向」であると特定し、これ以外のときに、「維持方向」であると特定する。

区分領域Ｒ（２０４，１５０）の場合では、空間変化曲線Ｙ（２０４，１５０）におけるβ（２０４，１５０）を基に、ＣＴ値空間変化方向Ｕ（２０４，１５０）は「増加方向」であると特定される。また、区分領域Ｒ（１９７，１５４）の場合では、空間変化曲線Ｙ（１９７，１５４）におけるβ（１９７，１５４）を基に、ＣＴ値空間変化方向Ｕ（１９７，１５４）は「維持方向」であると特定される。ＣＴ値空間変化方向Ｕが「増加方向」または「減少方向」であるとき、注目区分領域Ｒｚにおける血流の向きは、断層面Ｓ′ａに垂直なＧ方向の成分を多く含んでいると考えることができる。一方、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「維持方向」であるとき、注目区分領域Ｒｚにおける血流の向きは、断層面Ｓ′ａの面内方向の成分を多く含んでいると考えることができる。

ステップＴ４７では、ＣＴ値時間変化方向Ｗと、ＣＴ値空間変化方向Ｕとの組合せに基づいて、注目区分領域Ｒｚに対応する血流の向きを特定する。表１は、ＣＴ値時間変化方向ＷとＣＴ値空間変化方向Ｕとによる組合せと、注目区分領域Ｒｚに対応する血流の向きとして特定すべき向きとの対応関係を示す表である。

まず、変化方向ＷとＵの組合せが、一方が「増加方向」であり他方が「減少方向」であるときには、表１に示すように、注目区分領域Ｒｚに対応する血流の向きは、Ｇ方向、正の向きであると特定される。

また、変化方向ＷとＵの組合せが、「増加方向」同士または「減少方向」同士であるときには、表１に示すように、注目区分領域に対応する血流の向きは、Ｇ方向、負の向きであると特定される。

また、変化方向Ｗが「増加方向」または「減少方向」であり、変化方向Ｕが「維持方向」であるときには、表１に示すように、注目区分領域Ｒｚに対応する血流の向きは、Ｇ方向に垂直な向き、すなわち断層面Ｓ′ａ面内の向きであると特定される。

ここで、注目区分領域Ｒｚの血流の向きを、このように特定できる理由について説明する。

今仮に、ＣＴ値時間変化方向Ｗが「増加方向」であるとすると、時刻ｔｚでは、注目区分領域Ｒｚに対応する血管部分に向かって造影剤が到来していることになる。このとき、造影剤の濃度は、血流の上流から下流に向かって減少することになる。つまり、代表ＣＴ値の減少する向きが、血流の向きとなる。したがって、ＣＴ値時間変化方向Ｗが「増加方向」であるときに、ＣＴ値空間方向変化方向Ｕが「減少方向」であれば、代表ＣＴ値は、Ｇ方向、正の向きに減少しているので、血流の向きは、Ｇ方向、正の向きであると特定できる。また、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「増加方向」であれば、代表ＣＴ値は、Ｇ方向、負の向きに減少しているので、血流の向きは、Ｇ方向、負の向きであると特定できる。一方、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「維持方向」であれば、代表ＣＴ値は、Ｇ方向に減少していないので、血流の向きはＧ方向と垂直な向き、すなわち断層面Ｓ′ａ面内の向きであると特定できる。

また、今仮に、ＣＴ値時間変化方向Ｗが「減少方向」であるとすると、時刻ｔｚでは、注目区分領域Ｒｚに対応する血管部分を通過していた造影剤がすべて流れ去ろうとしていることになる。このとき、造影剤の濃度は、血流の上流から下流に向かって増加することになる。つまり、代表ＣＴ値の増加する向きが、血流の向きとなる。したがって、ＣＴ値時間変化方向Ｗが「減少方向」であるときに、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「増加方向」であれば、代表ＣＴ値は、Ｇ方向、正の向きに増加しているので、血流の向きは、Ｇ方向、正の向きであると特定できる。また、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「減少方向」であれば、代表ＣＴ値は、Ｇ方向、負の向きに増加しているので、血流の向きを、Ｇ方向、負の向きであると特定できる。一方、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「維持方向」であれば、代表ＣＴ値は、Ｇ方向に増加していないので、血流の向きはＧ方向と垂直な向き、すなわち断層面Ｓ′ａ面内の向きであると特定することができる。

よって、区分領域Ｒ（２０４，１５０）の場合では、ＣＴ値時間変化方向Ｗが「増加方向」であり、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「増加方向」であるから、区分領域Ｒ（２０４，１５０）における血流の向きは、Ｇ方向、負の向きであると特定される。また、区分領域Ｒ（１９７，１５４）の場合では、ＣＴ値時間変化方向Ｗが「増加方向」であり、ＣＴ値空間変化方向Ｕが「維持方向」であるから、区分領域Ｒ（１９７，１５４）における血流の向きは、Ｇ方向に垂直な向きであると特定される。

ステップＴ４８では、時間変化曲線Ｑおよび空間変化曲線Ｙのうち少なくとも一方における最大変化率に基づいて、注目区分領域Ｒｚに対応する血流の速さのレベル(level)Ｖを特定する。例えば、時間変化曲線Ｑにおける接線と水平な直線とで成す角度のうち最大となる角度γを求め、この最大角度γに応じて、血流の速さのレベルＶを特定する。また例えば、空間変化曲線Ｙにおける接線と水平な直線とで成す角度のうち最大となる角度δを求め、この最大角度δに応じて血流の速さのレベルＶを特定する。また例えば、最大角度γとδのうちより大きい角度またはより小さい角度、あるいは、最大角度γとδとの平均角度に応じて、血流の速さのレベルＶを特定してもよい。血流の速さのレベルＶは、略連続的な数値で表してもよいが、ここでは、適当な幾つかの段階でレベル分けする。例えば、図２１に示すように、角度閾値を小さい順にγ０〜γ５など複数設定し、最大角度γがいずれの閾値の間に入るかを基に、血流の速さレベルＶを遅い順にＬ１〜Ｌ５の５段階で分ける。これにより、区分領域Ｒ（２０４，１５０）の場合では、図１７に示す最大角度γ（２０４，１５０）が、図２１に示すように、γ４＞γ（２０４，１５０）≧γ３の関係を有することから、血流の速さレベルＶ（２０４，１５０）をＬ４と特定する。また、区分領域Ｒ（１９７，１５４）の場合では、図１８に示す最大角度γ（１９７，１５４）が、図２１に示すように、γ２＞γ（１９７，１５４）≧γ１の関係を有することから、血流の速さレベルＶ（１９７，１５４）をＬ２と特定する。

ステップＴ４９では、血流区分領域として設定されたすべての区分領域について、血流の向きＤおよびその速さレベルＶを特定したか否かを判定する。この判定において、肯定される場合には、血流情報取得処理を終了し、否定される場合には、ステップＴ４１に戻り、血流の向きＤおよびその速さレベルＶがまだ特定されていない区分領域を新たな注目区分領域Ｒｚとして設定し、血流情報取得処理を継続する。

図７は、断層画像表示処理（Ｔ５）の一例の詳細を示すフローチャートである。

ステップＴ５１では、表示すべき断層画像として、断層面Ｓ′ａに対応し、かつ所定の時刻ｔｃに対応する断層画像Ｐ′ａ（ｔｃ）を設定する。なお、時刻ｔｃは、時刻ｔ１〜ｔ１０の各々であってもよいし、そのうち操作者によって指定された１以上の時刻であってもよい。

ステップＴ５２では、この断層画像Ｐ′ａ（ｔｃ）について、血流区分領域として設定された区分領域毎に、その血流の向きＤおよびその血流の速さレベルＶとに基づいて、その区分領域の画像に色情報を付与する。色情報は、表示する色を表す情報であり、血流領域には、その血流の向きＤに応じた色を表す情報が付与される。ここでは、一例として、血流の向きＤがＧ方向、正の向きであれば「赤色」、負の向きであれば「青色」、Ｇ方向に垂直な向きであれば「紫色」を表す情報が付与される。また、区分領域の画像には、その血流の速さレベルＶに応じた色濃度情報を付与する。色濃度情報は、付与された色情報が表す色の濃度を表す情報であり、血流の速さレベルＶが速いレベルになるほど色の濃度が増すように調整される。

図２２は、このように血流情報に基づいて色情報および色濃度情報が付与された断層画像Ｐ′ａ（ｔｃ）の一例を示す図である。区分領域Ｒ（２０４，１５０）については、血流の向きＤがＧ方向、負の向きで、その速さレベルＶが５段階中のＬ４であるから、図２２に示すように、この区分領域Ｒ（２０４，１５０）の画像は、「青色」で表され、その濃度は４番目に薄い（２番目に濃い）濃度Ｉ４となる。また、区分領域Ｒ（１９７，１５４）については、血流の向きＤがＧ方向に垂直な向きで、その速さレベルＶが５段階中のＬ２であるから、図２２に示すように、この区分領域Ｒ（１９７，１５４）の画像は、「紫色」で表され、その濃度は２番目に薄い（４番目に濃い）濃度Ｉ２となる。

なお、本実施例では、１つの区分領域を４近傍画素に相当する領域としている。その関係で、断層画像Ｐ′ａ（ｔｃ）において、血流領域として色付けされる区分領域は、図２２に示すように少し大雑把である。しかし、区分領域をより細かく設定し、１つの区分領域を単一画素に相当する領域とすれば、血流領域はより細かく色付けされる。

図２３は、上記の如く、１つの区分領域を単一画素に相当する領域としたときの断層画像Ｐ′ａ（ｔｃ）の一例を示す図である。図２３に示すように、色付けされる区分領域のかたまりは、実際の血流領域と略同じ領域になる。

なお、区分領域の画像に対する色情報および色濃度情報の付与は、断層画像が表す被検体の解剖学的情報が損なわれないようにして行われる。すなわち、断層画像をグレースケール(gray scale)で表したときに視覚的に認識できる濃淡が、ある程度保持される形態で、色情報の付与が行われる。

ステップＳ５３では、上記の如く色情報および色濃度情報が付与された断層画像Ｐ′ａ（ｔｃ）をモニタ６に表示する。時刻ｔｃが複数ある場合には、それぞれの断層画像を、一画面に並べて、あるいは切り換えて表示する。

以上、本実施形態によれば、時系列の断層画像と空間系列の断層画像とに基づいて、所定の断層面を表す断層画像における血流領域の血流の向きを特定し、その血流領域が、特定された血流の向きに応じた色で示されるよう、その所定の断層面を表す断層画像を表示するので、２次元の断層画像上で、その断層画像における血流領域に対応する血流情報を視覚的に認識することができる。これにより、例えば、医師等の操作者は、表示された２次元の断層画像を見ることで、被検体の構造や組織に関する情報と血流情報とを直感的に関連付けて得ることができ、診断や治療計画等に対する効率の改善が期待できる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

例えば、次のような実施形態も可能である。時系列の３次元ＣＴ値モデルに基づいて、３次元ＣＴ値モデルにおいて画像解析により血管追跡を行って血管部分を認識し、その血管部分におけるＣＴ値に時間変化を求め、血流の向きと速さを特定する。そして、特定されたこれらの血流情報を、この血管部分を構成する各ボクセルと関連付けて記憶する。３次元ＣＴ値モデルにおいて所定の断層面を指定し、その断層面に対応する断層画像を生成して表示する。このとき、この断層画像を構成する画素毎に、その画素の構成基になるボクセルに関連付けされた血流情報を読み出し、その血流情報から得られた血流の向きや速さに応じた色情報などを、その画素に付与する。

また、上記の実施形態におけるステップＴ１〜Ｔ５の処理の内容および手順は、種々変更することができる。例えば、各断層面毎に対応する時系列の断層画像Ｐ′ａ−１（ｔ１）〜Ｐ′ａ−１（ｔ１０），・・・Ｐ′ａ＋１（ｔ１）〜Ｐ′ａ＋１（ｔ１０）は、ステップＴ３２にて、一度にまとめて生成しているが、生成するタイミング(timing)は断層画像毎に異なっていてもよい。

また、時系列の断層画像と空間系列の断層画像とに基づいて、所定の断層面を表す断層画像における血流領域の血流の向きを特定し、血流領域が、特定された血流の向きに応じた色で示されるよう、その所定の断層面を表す断層画像を表示するビューア(viewer)も、本発明の一実施形態である。

また、コンピュータを、上記ビューアとして機能させるためのプログラムも、本発明の一実施形態である。

本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の要部を示すブロック図である。 本実施形態によるＸ線ＣＴ装置における血流情報付き断層画像表示処理を示すフローチャートである。 ３次元ＣＴ値モデル取得処理の一例の詳細を示すフローチャートである。 断層面指定処理の一例の詳細を示すフローチャートである。 血流領域設定処理の一例の詳細を示すフローチャートである。 血流情報取得処理の一例の詳細を示すフローチャートである。 断層画像表示処理の一例の詳細を示すフローチャートである。 被検体の複数の断層面について撮影を行う様子を示す図である。 時系列の３次元ＣＴ値モデルを生成する様子を示す図である。 ３次元ＣＴ値モデルにおいて指定された所望の断層面を示す図である。 指定した断層面に平行な複数の断層面を示す図である。 設定した複数の断層面について生成された時系列の断層画像を示す図である。 生成した時系列の断層画像に対して区分領域が共通に設定された様子を示す図である。 断層画像に設定された区分領域の詳細の一例を示す図である。 各断層画像における一部の領域Ｒｐに対応する部分画像を示す図である。 代表ＣＴ値の時間変化曲線Ｑの一例を示す図である。 区分領域Ｒ（２０４，１５０）に対するＣＴ値増加時間領域ＴｒとＣＴ値減少時間領域Ｔｆとを示す図である。 区分領域Ｒ（１９７，１５４）に対するＣＴ値増加時間領域ＴｒとＣＴ値減少時間領域Ｔｆとを示す図である。 区分領域Ｒ（２０４，１５０）に対する代表ＣＴ値の空間変化曲線Ｙの一例を示す図である。 区分領域Ｒ（１９７，１５４）に対する代表ＣＴ値の空間変化曲線Ｙの一例を示す図である。 血流の速さレベルを段階的に分けて特定する様子を示す図である。 血流情報付き断層画像の一例を示す図である。 区分領域をより細かく設定したときの血流情報付き断層画像の一例を示す図である。

符号の説明

１００ Ｘ線ＣＴ装置
１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
４ 制御インタフェース
５ データ収集バッファ
６ モニタ
８ 撮影テーブル
９ 走査ガントリ
１０ Ｘ線コントローラ
１１ Ｘ線管
１２ コリメータ
１３ Ｘ線検出器
１４ データ収集部
１５ 回転コントローラ
Ｈ 被検体
Ｓ１〜Ｓｎ 断層面
ｔ１〜ｔ１０ 時刻
Ｐ１（ｔ１）〜Ｐ１０（ｔ１０） 断層画像
Ｍ（ｔ１）〜Ｍ（ｔ１０） 時系列の３次元ＣＴ値モデル
Ｒ（１，１）〜Ｒ（２５６，２５６） 区分領域

Claims (10)

1. 造影剤が注入されている被検体をＸ線ＣＴ撮影して、時間軸方向において所定の時刻近傍に並ぶ複数の第１の断層画像であって、それぞれが前記被検体の所定の断層面を表す複数の第１の断層画像と、前記所定の時刻における空間軸方向において前記所定の断層面近傍に並ぶ複数の第２の断層画像とを得る撮影手段と、
   前記複数の第１の断層画像と、前記複数の第２の断層画像とに基づいて、前記所定の断層面を表す断層画像における血流領域の血流の向きを特定する血流向き特定手段と、
   前記血流領域が前記特定された血流の向きに応じた色で示されるよう、前記所定の断層面を表す断層画像を表示する表示手段とを備えるＸ線ＣＴ装置。
2. 前記血流向き特定手段は、前記時間軸方向および前記空間軸方向における前記血流領域に対応する画像の画素値の変化に基づいて、前記血流の向きを特定する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
3. 前記血流向き特定手段は、
   前記複数の第１の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記時間軸方向に対する前記所定の時刻での代表画素値の増減の向きを求めるとともに、
   前記複数の第２の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記空間軸方向に対する前記所定の断層面での代表画素値の増減の向きを求め、
   前記所定の時刻での代表画素値の増減の向きと、前記所定の断層面での代表画素値の増減の向きとに基づいて、前記血流の向きを特定する請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記複数の第１の断層画像および前記複数の第２の断層画像の少なくとも一方に基づいて、前記血流領域の血流の速さを特定する血流速さ特定手段をさらに備え、
   前記表示手段は、前記血流領域の前記色が、前記特定された血流の速さに応じた濃さで示されるよう、前記所定の断層面を表す断層画像を表示する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記血流速さ特定手段は、前記複数の第１の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記時間軸方向における代表画素値の最大変化率を求め、該最大変化率に応じた速さを前記血流の速さとして特定する請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記血流速さ特定手段は、前記複数の第２の断層画像の各々における前記血流領域に対応する画像の代表画素値に基づいて、前記空間軸方向における代表画素値の最大変化率を求め、該最大変化率に応じた速さを前記血流の速さとして特定する請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記複数の第１の断層画像の各画像領域に対して複数の区分領域を共通に設定し、前記区分領域毎に、前記時間軸方向における該区分領域に対応する画像の代表画素値の最大変化幅を求め、前記複数の区分領域のうち前記最大変化幅が所定の閾値以上である区分領域を、前記血流領域として設定する血流領域設定手段をさらに備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記区分領域は、単一画素または４近傍画素に相当する領域である請求項７に記載のＸ線ＣＴ装置。
9. 前記代表画素値は、平均画素値である請求項３および請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. コンピュータを、
    時間軸方向において所定の時刻近傍に並ぶ複数の断層画像であって、それぞれが、造影剤が注入されている被検体の所定の断層面を表す複数の断層画像と、前記所定の時刻における空間軸方向において前記所定の断層面近傍に並ぶ複数の断層画像とに基づいて、前記所定の断層面を表す断層画像における血流領域の血流の向きを特定する血流向き特定手段と、
    前記血流領域が、前記特定された血流の向きに応じた色で示されるよう、前記所定の断層面を表す断層画像を表示すべく制御を行う表示制御手段として機能させるためのプログラム。

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